北邮电磁场与电磁波
北邮电磁场与电磁波实验三四五
北邮电磁场与电磁波实验三四五————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验三、双缝干涉实验1. 实验目的掌握来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的影响。
2. 实验设备S426型分光仪3. 实验原理图一 双缝衍射原理图如图1所示，当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝上，则每一条狭缝就是次级波波源。
由两缝发出的次级波是相干波，因此在金属板的后面空间里，将产生干涉现象。
当然，光通过每个缝也有衍射现象。
因此本实验将是衍射和干涉两者结合的结果。
为了主要研究来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的结果，设b 为双缝的距离，a 为缝宽，a 接入波长λ。
因此，取较大的b ，则干涉强度受单缝衍射的影响小；反之，当b较小时，干涉强度受单缝衍射影响大。
干涉加强的角度为：干涉加强的角度为：（）干涉减弱的角度为：（）本演示实验中，只对1级极大干涉角和极小干涉角作讨论。
4.实验内容与步骤仪器连接时，预先接需要调整双缝衍射板的缝宽，当该板放在支座上时，应使狭缝平面与支座下面的小圆盘某一对刻线一致，此刻线应与工作平台上的90刻度的一对线一致。
转动小平台使固定臂的指针在小平台的180处，此时小平台的0就是狭缝平面的法线方向。
这时调整信号电平使表头指示接近满度。
然后从衍射角0开始，在双缝的两侧使衍射角每改变1度去一次表头读数，并记录下来。
由于衍射板横向尺寸太小，所以当b取得较大时，为了避免接收喇叭直接收到发射喇叭的发射波或通过板的边缘过来的波，活动臂的转动角度应小些。
5.实验数据与分析5.1.双缝衍射实验a=40mm;b=80mm,λ=32mm1)实验测量数据φ右侧电流强度（μA) 左侧电流强度（μA)平均电流强度（μA)0°90 90 901°96 100 98 2°100 94 97 3°100 61 80.5 4°98 39 68.5 5°68 20 44 6°36 15 25.5 7°16 18 17 8° 6 25 15.5 9° 4 38 21 10° 6 52 29 11°10 50 30 12°25 42 33.5 13°40 40 40 14°48 48 4815°56 56 56 16°55 78 66.5 17°47 96 71.5 18°38 100 69 19°23 100 61.5 20°10 99 54.5 21° 4 91 47.5 22° 2 82 42 23°0 74 37 24°0 60 30 25° 1 46 23.5 26° 4 24 14 27° 6 9 7.5 28°8 4 629°8 4 6 30°7 15 11 31° 5 52 28.5 32° 4 98 51 33° 3 100 51.5 34° 2 100 51 35° 1 100 50.5 36° 1 100 50.52)理论分析将双缝的参数a=40mm;b=80mm,λ=32mm代入方程中，得到下表：K 0 1 2 3 1（极0°15.47°32.23°53.13°大值）2（极7.66°23.58°41.81°68.96°小值）3)作图分析120100806040200°2°4°6°8°10°12°14°16°18°20°22°24°26°28°30°32°34°36°其中，蓝色的曲线代表原始数据，绿色的离散值代表极大值，红色的离散值代表极小值。
北邮电磁场与电磁波实验 心得体会总结
电磁场与微波测量实验总结学院：班级：姓名：学号：一、实验建议八周的电磁场与微波实验让我收获了很多知识与经验，也培养了我实验动手的能力，但与此同时我也发现了实验的一些不足之处，下面是我对部分实验的看法和建议：1、课程安排不太合理微波工程是上学期学的，大家还有比较深刻的印象，对实验原理理解的比较快，实验进行得也比较顺利。
但电磁场是大二学的，已经基本都遗忘了，预习起来比较吃力，理解得也要慢一些。
2、希望学校能加强对实验器材的管理实验中，我们很多次发现许多器件不足，需要各个组之间相互借用，有时还需要等到其他组做完才能继续实验。
这不利于同学们完成实验，而且对于实验室的器材维护也会产生不利的影响。
建议实验室以后加强对于实验器材的管理与维护，同时也加强同学们对实验器材的重视和爱护，共同努力，创造一个更好的实验环境。
3、实验互相干扰太严重由于实验室较小，各组之间的干扰比较严重，几乎每次写实验误差分析的时候都要写上这一点。
其实可以通过合理安排小组进行实验的时间或者扩大实验场地。
二、提出新的实验用微波分光仪测量玻璃厚度1、实验目的深入理解电磁波的反射、折射和叠加2、实验仪器S426型分光仪的改进设备3、实验原理发射波在玻璃表面反射一次，透过玻璃后经反射板反射一次。
当两次反射博得路径相差波长的整数倍的时候，接受喇叭收到的信号最强。
设玻璃厚度为x，可以动板与玻璃距离为d，θ1和θ2分别为入射角和折射角，v1和v2分别为空气中速度和玻璃中速度。
其中θ2可由计算得出，λ、d、θ1均可以测量得到。
为减小实验误差可选取多个入射角进行测量。
玻璃的折射率可参考以下数据。
4、实验内容及步骤（1）将反射板紧贴玻璃，记下此时刻度d1；（2）移动反射板，观察接收信号，当信号出现一次最大值时记下此时刻度d2；（3）继续移动发射板，再次出现最大值时记下刻度d3；（4）更换入射角度，重复以上步骤；（5）将数据填入表格并进行计算。
5、数据记录λ=（d3-d2）*2 d=d2-d1带入公式（3），即可求出x三、实验总结电磁场与微波测量实验是通信工程、电子工程、自动控制、无线技术、微波工程、电磁兼容等专业的一门重要的基础实验课。
北邮电磁场与电磁波实验一
实验一：电磁波反射折射实验一、实验目的1、熟悉S426型分光仪的使用方法2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法3、掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法二、实验原理电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。
电磁波斜入射到两种不同媒介分界面上时会发生发射和折射现象，同时，分界面对电磁波的反射和折射现象与入射波的极化方向有关。
将分界面的法线与入射波构成的平面定义为入射面，入射波与界面法线的夹角定义为入射角，反射波与界面法线的夹角定义为反射角，折射波与界面的法线的夹角定义为折射角。
电场E垂直于入射面的电磁波为垂直极化波。
垂直极化波的反射系数和折射系数：R⫠=η2cosθ−η1cosθ‘’η2cosθ+η1cosθ‘’T⫠=2η2cosθη2cosθ+η1cosθ‘’式中:η1=√μ1ε1η2=√μ2ε2三、实验内容与步骤1.熟悉分光仪的结构和调整方法2.连接仪器，调整系统如图1所示，仪器连接时，两喇叭口面应互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上。
指示两喇叭位置的指针分别指于工作平台的900刻度处，将支座放在工作平台上，并利用Figure 1反射实验仪器的布置平台上的定位销和刻线对正支座（与支座上刻线对齐）拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。
3.测量入射角和反射角反射全属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致。
而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应900刻度的一对刻线一致。
这时小平台上的00刻度就与金属板的法线方向一致。
转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读数就是入射角，然后转动活动臂在表头上找到一最大指示，此时活动臂上的指针所指的刻度就是反射角。
大学物理(北邮)课件 电磁场和电磁波2g
v v v ∂D v ∫l H ⋅ dl = ∑ I + I d = ∑ I + ∫S ∂t ⋅ dS
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v v v v v v ∂D v ∂D v ∫l H ⋅ dl = ∑ I + ∫S ∂t ⋅ dS = ∫S j ⋅ dS + ∫S ∂t ⋅ dS
位移电流和传导电流一样， 位移电流和传导电流一样，都能激发磁场 传导电流 电荷的定向移动 通过电流产生焦耳热 位移电流 电场的变化 真空中无热效应
P
O
R
O′
+
l
−
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解： (1)由于 由于l«R,故平板 故平板 由于 间可作匀强电场处理, 间可作匀强电场处理
O
P
O′
−
U 0 sin ω t U E = = l l
根据位移电流的定义
R
+
l
dΦe d ( DS ) dE 2 ε 0πR2 Id = = πR = = ε0 U 0ω cosωt dt dt dt l
11-2
一 电磁波
电 磁 波
根据麦克斯韦理论， 根据麦克斯韦理论，在自由空间内的电场和磁场满足
v v v ∂D v ∫LH ⋅ dl = ∫S ∂t ⋅ dS 即变化的电场可以激发变化的磁场， 即变化的电场可以激发变化的磁场，
v v v ∂B v ∫LE ⋅ dl = − ∫S ∂t ⋅ dS
变化的磁场又可以激发变化的电场， 变化的磁场又可以激发变化的电场， 这样电场和磁场可以相互激发并以波的形式由近及远 这样电场和磁场可以相互激发并以波的形式由近及远, 由近及远 传播开去， 电磁波。 以有限的速度在空间传播开去 就形成了电磁波 以有限的速度在空间传播开去，就形成了电磁波。
北邮电磁场与电磁波测量实验报告5-信号源-波导波长
北邮电磁场与电磁波测量实验报告5-信号源-波导波长————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：北京邮电大学电磁场与电磁波测量实验实验报告实验内容：微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量波导波长的测量学院：电子工程学院班级：2010211203班组员：崔宇鹏张俊鹏章翀2013年5月9日实验一微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量一、实验目的(1) 学习微波的基本知识；(2) 了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术；(3) 学习用微波作为观测手段来研究物理现象。
二、实验仪器1.微波信号源微波信号源由振荡器、可变衰减器、调制器、驱动电路、及电源电路组成。
该信号源可在等幅波、窄带扫频、内方波调制方式下工作，并具有外调制功能。
在教学方式下，可实时显示体效应管的工作电压和电流的关系。
仪器输出功率不大，以数字形式直接显示工作频率，性能稳定可靠。
2.隔离器位于磁场中的某些铁氧化体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同吸收，经过适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性，隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输的作用。
3.衰减器把一片能吸微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管即成，用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。
衰减器起调节系统中微波功率从以及去耦合的作用。
4.波长计电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本不影响波导中波的传输。
当电磁波的频率计满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。
5.测量线测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器。
北京邮电大学电磁场与电磁波实验报告
信息与通信工程学院电磁场与电磁波实验报告题目：校园无线信号场强特性的研究姓名班级学号序号指导老师：日期：2012年4月目录一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)1、电磁波的传播方式 (1)2、尺度路径损耗 (1)3、阴影衰落 (2)4、建筑物的穿透损耗的定义 (3)三、实验内容 (3)四、实验步骤 (4)1、实验对象的选择 (4)2、数据采集 (5)3、数据录入 (5)4、数据处理 (6)五、实验结果与分析 (7)1、磁场强度地理分布 (7)2、磁场强度统计分布 (13)3、建筑物的穿透损耗 (18)六、问题分析与解决 (18)1、测量误差分析 (18)2、场强分布的研究 (19)七、分工安排 (19)八、心得体会 (19)九、附录：数据处理过程 (21)一、实验目的1. 掌握在移动环境下阴影衰落的概念以及正确的测试方法；2. 研究校园内各种不同环境下阴影衰落的分布规律；3. 掌握在室内环境下场强的正确测量方法，理解建筑物穿透损耗的概念；4. 通过实地测量，分析建筑物穿透损耗随频率的变化关系；5. 研究建筑物穿透损耗与建筑材料的关系。
二、实验原理1、电磁波的传播方式无线通信系统是由发射机、发射天线、无线信道、接收机、接收天线所组成。
对于接受者，只有处在发射信号的覆盖区内，才能保证接收机正常接受信号，此时，电波场强大于等于接收机的灵敏度。
因此基站的覆盖区的大小，是无线工程师所关心的。
决定覆盖区的大小的主要因素有：发射功率，馈线及接头损耗，天线增益，天线架设高度，路径损耗，衰落， 接收机高度，人体效应，接收机灵敏度，建筑物的穿透损耗，同播，同频干扰等。
电磁场在空间中的传输方式主要有反射﹑绕射﹑散射三种模式。
当电磁波传播遇到比波长大很多的物体时，发生反射。
当接收机和发射机之间无线路径被尖锐物体阻挡时发生绕射。
当电波传播空间中存在物理尺寸小于电波波长的物体﹑且这些物体的分布较密集时，产生散射。
散射波产生于粗糙表面，如小物体或其它不规则物体﹑树叶﹑街道﹑标志﹑灯柱。
北邮电磁场与电磁波实验总结概要
北京邮电大学电磁场与微波测量实验报告班级：姓名：学号：第一部分实验建议实验已经做完，在这个过程中我收获很多，但我认为也有一些不足之处，提出以下建议。
1）希望增加部分器材，实验过程中很多东西不够用，大家要相互借用，有时要等到其他组做完，比较影响实验进度。
2）实验室太小，实验互相干扰严重，部分实验会有误差。
希望扩大场地。
第二部分从“用谐振腔微扰法测量介电常数实验”提出新实验——谐振腔体积对测量结果准确性的研究实验提出依据：该实验的提出是建立在对“用谐振腔微扰法测量介电常数”实验的研究基础之上，原实验中要求介质棒体积Vs 远小于谐振腔体积V0，此时可以认为除样品所在处的电磁场发生变化外，其余部分的电磁场保持不变，从而可把样品看成一个微扰，则样品中的电场和外电场相等。
而原实验中的谐振腔体积是否真的满足这个条件呢，改变谐振腔的体积对测量结果的准确性有何影响呢？本实验将对此做进一步的探究。
一、 实验目的1． 了解谐振腔的基本知识。
2． 学习用谐振腔法测量介质特性的原理和方法。
3． 对实验结果做进一步的验证。
二、 实验原理本实验是采用反射式矩形谐振腔来测量微波介质特性的。
反射式谐振腔是把一段标准矩形波导管的一端加上带有耦合孔的金属板，另一端加上封闭的金属板，构成谐振腔，具有储能、选频等特性。
谐振条件：谐振腔发生谐振时，腔长必须是半个波导波长的整数倍，此时，电磁波在腔内连续反射，产生驻波。
谐振腔的有载品质因数QL 由下式确定：210f f f Q L -=式中：f0为腔的谐振频率，f1，f2分别为半功率点频率。
谐振腔的Q 值越高，谐振曲线越窄，因此Q 值的高低除了表示谐振腔效率的高低之外，还表示频率选择性的好坏。
如果在矩形谐振腔内插入一样品棒，样品在腔中电场作用下就会极化，并在极化的过程中产生能量损失，因此，谐振腔的谐振频率和品质因数将会变化。
图1 反射式谐振腔谐振曲线 图2 微找法TE10n 模式矩形腔示意图电介质在交变电场下，其介电常数ε为复数，ε和介电损耗正切tan δ可由下列关系式表示：εεε''-'=j ， εεδ'''=tan ，其中：ε，和ε，，分别表示ε的实部和虚部。
北京邮电大学 电磁场与电磁波实验3.3.6微波TV收发系统的基本原理
干扰 1
892.41
-55.75
CH1
干扰 2
901.11
-63.86
CH1
干扰 3
870.24
-62.44
CH1
四、 实验总结：
通过本次实验，我们小组经过亲身的实践，我们了解了微波 TV 收发系统的基本 原理，同时也明白了微波 TV 收发系统收到的干扰也会很多，所以在现实生活中， 我们也懂得了技术的优势和劣势，也能在之后的学习中更加理解这一点。
952
944
936
928
920
（MHz）
接收机本振频率
938
930
922
914
906
898
（MHz）
二、 内容及步骤
1、微波 TV 发射机系统的调试 1）传输信道的单载波调试 （1） 连接测试系统（断开调制器）
（2） 设置 DDS 信号发生器输出指定频率和功率的单载波信号（如 60MHz、 -30dBm）。
图记录在数据表格中。 （4） 测量并记录输出信号的主要频率分量和信号电平，测试数据记录在数
据表格中。 （5） 将信道选择器分别设置在 CH2~CH6，测量并记录的主要频率分量和信
号电平，测试数据记录在数据表格中。 2、微波 TV 接收机系统调试
1）接收信道的单载波调试 （1） 连接测试系统（断开调制器）。
天线
低噪声 放大器
下变 频器
中频 滤波 器
中频 放大 器
解调 器
输出信号
本振
图 3 无线收信机的组成框图 3. 天线
天线是无线通信系统不可缺少的重要组成部分之一。天线的主要作用是
把发信机送来的射频载波变换成空间电磁波并辐射出去（发射端）或者把收
北邮电磁场与电磁波测量实验报告6_驻波比_阻抗
北邮电磁场与电磁波测量实验报告6_驻波比_阻抗北京邮电大学电磁场与电磁波测量实验实验报告实验内容：微波驻波比的测量阻抗测量及匹配技术学院：电子工程学院班级：2010211203 班组员：崔宇鹏张俊鹏章翀2013 年5 月17 日实验三微波驻波比的测量、实验目的了解波导测量系统，熟悉基本微波原件的作用。
掌握驻波测量线的正确使用和用驻波测量线校准晶体检波器特性的方法。
掌握大、中、小电压驻波系数的测量原理和方法。
二、实验原理驻波测量是微波测量中，最基本和最重要的内容之一，通过驻波测量可以测出阻抗波长相位和Q 值等其他参量。
在传输线中，若存在驻波，将使能量不能有效的传给负载，因而会增加损耗，在大功率情况下，由于驻波存在可能发生击穿现象，；此外驻波促奈还会影响微波信号发生器输出功率和频率的稳定度，因此驻波测量非常重要，在测量时通常测量电压驻波系数，即波导中，电场最大值与最小值之比，即2.1 )E2.1 )min测量驻波系数的方法与仪器种类很多，本实验着重熟悉用驻波测量线测驻波系数的几种方法。
直接法直接测量沿线驻波的最大点与最小点场强如图1 所示，从而求得驻波系数的方法叫做直接法。
图1 沿线驻波场分布图若驻波腹点和节点处电表读数分别为I max , I min 则电压驻波系数ρ :2.2)图2 节点场强分布当电压驻波系数1.05< ρ<1.5 时，驻波的最大值和最小值相差不大，且不尖锐，不易测准，为了提高测量准确度，可移动探针到几个波腹点和波节点记录数据，然后取平均值。
I max1 I max2 ... I maxnImin1 Imin2 ... Iminn （2.3 ）min1 min2 min n当驻波系数1.5< ρ<3 之间时，可直接读出Imax,Imin 即可。
等指示度法当被测器件的驻波系数大于5 时，驻波腹点和节点的电平相差很大，按直接法求取大驻波系数会带来较大的误差，因此采用等指示度法，也就是通过测量驻波图形中波节点附近场的分布规律的间接方法，求出驻波系数。
最新北邮电磁场与电磁波演示实验
频谱特性测量演示实验1.ESPI 测试接收机所测频率范围为: 9KHz—3GHz2.ESPI 测试接收机的RF输入端口最大射频信号: +30dbm，最大直流:50v3.是否直观的观测到电磁波的存在？（回答是/否）否4.演示实验可以测到的空间信号有哪些，频段分别为:广播：531K~1602KHzGSM900：上行：890~915 MHz 下行：935~960 MHzGSM1800：上行：1710~1755 MHz 下行：1805~1850 MHzWCDMA：上行：1920～1980MHz 下行：2110～2170MHzCDMA2000：上行：1920～1980MHz 下行：2110～2170MHzTD-SCDMA：2010～2025MHz5.课堂演示的模拟电视和数字电视频谱图：如何判断是模拟还是数字电视？模拟信号以残留边带调幅方式频分复用传输,有明确的载波频率,不同频道的图像有不同的载波频率。
模拟信号频谱为:每8MHz带宽即一个频道内,能量集中分布在图像载频上,在该载频附近有一个跳动的峰,为彩色副载波所在,再远一点(在8MHz内)还有一个峰,为伴音副载波的峰。
数字信号：一个数字频道的已调信号像一个抬高了的噪声平台, 均匀地平铺于整个带宽之内, 它的能量是均匀分布在整个限定带宽内的。
6.课堂演示GSM900上下行频谱图，CDMA下行频谱图，3G下行频谱图：GSM900上行：GSM900下行：CDMA下行：3G下行：7.该频谱仪能检测的频谱范围，是否能观察到WIFI、电磁炉、蓝牙等频谱？（请分别说明，并指出其频率）可以该频谱仪能检测的频谱范围为9KHz—3GHz所以，能够观察到：WIFI：2.4G电磁炉：20KHz—30KHz蓝牙：2.4G网络参量测量演示实验1矢量网络分析仪所测频段：300KHz—3GHz2端口最大射频信号: 10DBM3矢量网络分析仪为何要校准：首先，仪器的硬件电路需要校正，即消除仪器分析的系统误差；其次，分析仪的测量精度很大程度上受分析仪外部附件的影响，测试的组成部分如连接电缆和适配器幅度和相位的变化会掩盖被测件的真实响应，必须通过用户校准去除这些附件的影响。
北邮-大学物理课件第十一章电磁场与电磁波.
电磁波的应用 1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在。 1895年俄国科学家波波夫发明了第一个无线电报系统。 1914年语音通信成为可能。 1920年商业无线电广播开始使用。。
20世纪30年代发明了雷达。
40年代雷达和通讯得到飞速发展， 自50年代第一颗人造卫星上天，卫星通讯事业得到迅猛发展。 如今电磁波已在通讯、遥感、空间探测、军事应用、科学 研究等诸多方面得到广泛的应用。
x射线 无线电波 微波 红外线 可见光 紫外线 r射线
10
4
10
6
10
10
8
1010
10 -2
1012
10 -4
10
14
10
16
1018
10 –10
HZ m
104
102
10 –6
10 –8
电 磁 波 谱
可见光的波长范围
0.4 m 0.76 m
15 首 页 上 页 下 页退 出
能引起人的视觉的是电磁波中的E矢量。
L1 L2
AL H dl LH dl 1 2 BL H dl LH dl 1 2 C L H dl LH dl 1 2 D H dl 0
L1
答：选（C）
d D L1H dl I D dt H dl I 传
L2
22 首 页 上 页 下 页退 出
例11－7 加在平行板电容器极板上的电压变化率为 1.06V/s，在电容器内产生1.0A的位移电流，则该电容器 的电容量为＿＿＿＿＿＿＿F。 解：位移电流公式：
又由例11－1可得：
d D ID dt d D dU ID C dt dt ID C dU dt
北邮电磁场与电磁波测量实验报告7
北京邮电大学电磁场与电磁波测量实验实验报告实验内容：微波天线方向图测试实验学院：电子工程学院班级：2010211203班学号：10210863姓名：张俊鹏2013年5月23日一、实验目的微波天线是微波通信设备中一个重要的组成部分，微波信息的质量与天线性能密切相关。
通常，微波天线都为面式天线，验证这类天线的性能，首先是通过测量来实现的。
本次实验的主要目的就是研究天线发射微波信号后接受的状况，并通过矢量网络分析仪来分析接受电磁波的特点，给出矢量分析图形，直观的得到各方向的长枪分布特点，从而进一步研究微波天线的通信状况。
二、微波天线的主要技术参数1.方向性（1）方向性图天线的基本功能是将馈线传输的电磁波变为自由空间传播的电磁波，天线的方向图是表征天线辐射时电磁波能量（或场强）在空间各点分布的情况，它是描述天线的主要传输之一。
天线的方向性图是一个立体图形。
它的特性可以用两个互相垂直的平面（E平面和H平面）内方向性图来描述。
如下图1所示。
图1 天线方向性图天线方向性图能直观地反映出天线辐射能量集中程度、方向性图越尖锐，表示辐射能量越集中，相反则能量分散。
若天线将电磁能量均匀地向四周辐射，方向性图就变成一球面，称作无方向性，这就是一理想点源在空中辐射场。
天线方向性图可通过测试来绘制，如测得的是功率，即可绘出功率方向性图，如测得的是场强，则绘出场强方向性图，但两者图形形状是完全一样的。
通常图形方向性图有多个叶瓣，其中最大辐射方向的是叶瓣，称主瓣，其余称副瓣（或旁瓣）。
在方向性图中主瓣信息是我们最关心的。
●方向性图主瓣宽度方向性图主瓣宽度是指半功率点（功率下降为最大辐射方向功率一半之点）之间宽度，它是由主瓣最大值“1”下降到“0.5”处两点与零点连接形成的夹角，用2θ0.5来表示，如图2所示。
图2 方向性图主瓣副瓣示意●方向性图主瓣零点角如图2所示，方向性图零点角是指主瓣两侧零辐射方向之间夹角，用2θ0来表示。
北邮电磁场与电磁波
1 q E 1 2 eR 4 0 R
E dS 4 R e
s 2 0 s
q1
R eR dS
4 0 R 0 散度（微 分）方程 （上述结论对任意闭合曲面S都成立） 要求场分布连续。 （叠加原理）
2
E
q1
4R 2
q1
分析电偶极子的电场分布：a 通过电场强度的矢量叠加直接获 取其分布，b 通过电位的标量叠加间接获取其分布。
q 4 0(1 1 q r 来自 ) 4 0 r r r r
r
15
ql cos 4 0 r 2
l cos 2
r r l cos r r r 2 ql cos Pe er 4 0 r 2 4 0 r 2
( PdV ') eR V ' 4 R 2 0
21
P 1 [ ' ( ) ' P]dV ' R R 4 0 V ' P en ' P dS ' dV ' ( fA) f A A f S ' 4 R V ' 4 R 0 0
SE dS Eer eS1 dS1 Eer eS2 dS 2 Eer eS3 dS3
s1 s2 s3
0r a
E 0
ra
S1
S3
（对称性问题）
7
2rE
0
0
1 1 er e e r R R sin
13
dS ' r ' d 'dr '
北邮电磁场与电磁波测量实验报告信号源 波导波长
北京邮电大学电磁场与电磁波测量实验实验报告实验内容：微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量波导波长的测量学院：电子工程学院班级：2010211203班组员：崔宇鹏张俊鹏章翀2013年5月9日实验一微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量一、实验目的(1) 学习微波的基本知识；(2) 了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术；(3) 学习用微波作为观测手段来研究物理现象。
二、实验仪器1.微波信号源微波信号源由振荡器、可变衰减器、调制器、驱动电路、及电源电路组成。
该信号源可在等幅波、窄带扫频、内方波调制方式下工作，并具有外调制功能。
在教学方式下，可实时显示体效应管的工作电压和电流的关系。
仪器输出功率不大，以数字形式直接显示工作频率，性能稳定可靠。
2.隔离器位于磁场中的某些铁氧化体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同吸收，经过适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性，隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输的作用。
3.衰减器把一片能吸微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管即成，用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。
衰减器起调节系统中微波功率从以及去耦合的作用。
4.波长计电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本不影响波导中波的传输。
当电磁波的频率计满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。
5.测量线测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器。
由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。
在波导的宽边有一个狭槽，金属探针经狭槽伸入波导。
线开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以显示沿波导轴线的电磁场变化信息。
北邮-电磁场与电磁波实验报告--用谐振腔微扰法测量介电常数、天线的特性和测量
电磁场与微波测量实验班级：xxx成员：xxxxxxxxx撰写人：xxx实验六用谐振腔微扰法测量介电常数微波技术中广泛使用各种微波材料，其中包括电介质和铁氧体材料。
微波介质材料的介电特性的测量，对于研究材料的微波特性和制作微波器件，获得材料的结构信息以促进新材料的研制，以及促进现代尖端技术(吸收材料和微波遥感)等都有重要意义。
一、实验目的1．了解谐振腔的基本知识。
2．学习用谐振腔法测量介质特性的原理和方法二、实验原理本实验是采用反射式矩形谐振腔来测量微波介质特性的。
反射式谐振腔是把一段标准矩形波导管的一端加上带有耦合孔的金属板，另一端加上封闭的金属板，构成谐振腔，具有储能、选频等特性。
谐振条件：谐振腔发生谐振时，腔长必须是半个波导波长的整数倍，此时，电磁波在腔内连续反射，产生驻波。
谐振腔的有载品质因数QL由下式确定：式中：f0为腔的谐振频率，f1，f2分别为半功率点频率。
谐振腔的Q值越高，谐振曲线越窄，因此Q值的高低除了表示谐振腔效率的高低之外，还表示频率选择性的好坏。
如果在矩形谐振腔内插入一样品棒，样品在腔中电场作用下就会极化，并在极化的过程中产生能量损失，因此，谐振腔的谐振频率和品质因数将会变化。
电介质在交变电场下，其介电常数ε为复数，ε和介电损耗正切tanδ可由下列关系式表示：其中：ε’和ε’’分别表示ε的实部和虚部。
选择TE10n，(n为奇数)的谐振腔，将样品置于谐振腔内微波电场最强而磁场最弱处，即x＝α／2，z＝l／2处，且样品棒的轴向与y轴平行，如图2所示。
假设：1．样品棒的横向尺寸d(圆形的直径或正方形的边长)与棒长九相比小得多(一般d／h<1／10)，y方向的退磁场可以忽略。
2．介质棒样品体积Vs远小于谐振腔体积V0，则可以认为除样品所在处的电磁场发生变化外，其余部分的电磁场保持不变，因此可以把样品看成一个微扰，则样品中的电场与外电场相等。
这样根据谐振腔的微扰理论可得下列关系式：式中：f0,fs分别为谐振腔放人样品前后的谐振频率，Δ(1／QL)为样品放人前后谐振腔的有载品质因数的倒数的变化，即QL0，QLS分别为放人样品前后的谐振腔有载品质因数。
北邮电磁场与电磁波期末
北邮电磁场与电磁波期末引言北邮电磁场与电磁波是北邮的一门重要的电子与通信工程专业核心课程。
本文档将对北邮电磁场与电磁波期末考试进行综合总结和回顾。
1. 电磁场基本概念回顾在电磁场与电磁波课程中，电磁场的基本概念是非常重要的。
电磁场是指电荷或电流所产生的空间中的物理量，它可以用矢量场的形式进行描述。
电场和磁场是电磁场的两个基本要素。
电场是由带电粒子所产生的作用力场，而磁场则是由运动电荷所产生的作用力场。
2. 电场与静电场问题电场问题是电磁场与电磁波课程中的重要内容。
在电场问题中，我们需要了解电场的产生、电场的性质以及电场的计算方法。
静电场问题是电场问题的一种特殊情况，即电荷和电流均不随时间变化。
在静电场问题中，电场是通过电场强度来进行描述的。
电场强度是每单位正电荷所受到的力的大小，在计算时可以利用库仑定律进行求解。
3. 磁场与静磁场问题与电场类似，磁场也是电磁场与电磁波课程中需要重点关注的内容。
磁场是由运动电荷所产生的作用力场，它具有一些特殊的性质。
在静磁场问题中，磁场也是通过磁场强度来进行描述的。
磁场强度是每单位电流元所受到的力的大小，在计算时可以利用比奥-萨伐尔定律进行求解。
4. 电磁波产生与传播电磁波是电磁场的一种形式，它是由变化的电场和磁场相互作用而产生的。
电磁波具有波动性和粒子性的双重性质。
在电磁波产生与传播过程中，我们需要了解电磁波的基本特性、电磁波的传播速度以及电磁波的传播方程等内容。
在电磁波产生和传播过程中，麦克斯韦方程组是非常重要的工具。
5. 北邮电磁场与电磁波期末考试复习建议对于即将参加北邮电磁场与电磁波期末考试的同学们，本部分提供一些建议和复习方法：•复习课程的重点内容：回顾课程中的重要概念、公式和推导过程。
•做题训练：通过做大量的习题和历年考试题来加深对知识点的理解和掌握。
•重点关注难点和疑惑：对于自己理解不清楚的知识点，可以向老师或同学请教。
•制定合理的复习计划：根据自己的情况，制定一个详细的复习计划，合理安排每天的学习时间，并进行有效的复习。
北邮电磁场与电磁波实验报告
信息与通信工程学院电磁场与电磁波实验报告题目：校园无线信号场强特性的研究指导老师:日期:一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)1、电磁波的传播方式 (1)2、尺度路径损耗 (1)3、阴影衰落 (2)4 、建筑物的穿透损耗的定义 (3)三、实验容 (3)四、实验步骤 (4)1、实验对象的选择 (4)2、数据采集 (4)3、数据录入 (5)4 、数据处理 (6)五、实验结果与分析 (6)1 、磁场强度地理分布 (6)2 、磁场强度统计分布 (8)3、建筑物的穿透损耗 (10)六、问题分析与解决 (10)1、测量误差分析 (10)2、场强分布的研究 (10)七、分工安排 (11)八、心得体会 (11)九、附录：数据处理过程 (13)、实验目的1. 掌握在移动环境下阴影衰落的概念以及正确的测试方法；2. 研究校园各种不同环境下阴影衰落的分布规律；3. 掌握在室环境下场强的正确测量方法，理解建筑物穿透损耗的概念;4. 通过实地测量，分析建筑物穿透损耗随频率的变化关系；5. 研究建筑物穿透损耗与建筑材料的关系。
二、实验原理1、电磁波的传播方式无线通信系统是由发射机、发射天线、无线信道、接收机、接收天线所组成。
对于接受者，只有处在发射信号的覆盖区，才能保证接收机正常接受信号，此时，电波场强大于等于接收机的灵敏度。
因此基站的覆盖区的大小，是无线工程师所关心的。
决定覆盖区的大小的主要因素有：发射功率，馈线及接头损耗，天线增益，天线架设高度，路径损耗，衰落，接收机高度，人体效应，接收机灵敏度，建筑物的穿透损耗，同播，同频干扰等。
电磁场在空间中的传输方式主要有反射、绕射、散射三种模式。
当电磁波传播遇到比波长大很多的物体时，发生反射。
当接收机和发射机之间无线路径被尖锐物体阻挡时发生绕射。
当电波传播空间中存在物理尺寸小于电波波长的物体、且这些物体的分布较密集时，产生散射。
散射波产生于粗糙表面，如小物体或其它不规则物体、树叶、街道、标志、灯柱。
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l E dS 2rE S 0
l E 2 0 r
1 2 1 1 E E 2 (r Er ) (sin E ) r r r sin r sin
8
2
电磁场与电磁波
电场强度的环流 已知： E
第 2章
静电场与恒定电场
静电场是个无旋场，其电场 强度的旋度处处为零。
b a
( ) 0
由此可以定义一个标量电位 之间的关系为：
E 0
dW Fext dl qE dl
b
，它和电场强度矢量
E
a a a 根据能量守恒， Wba q E dl q dl q el dl 外力所作的功
电磁场与电磁波
电场强度的旋度
第 2章
静电场与恒定电场
q
4 0
l
1 er r2
dr
0 E dl E dS
l s
dr
l
E dl Eer dl Edr
l
r
ra
因为，闭合曲线及其所包围的 面积都是任意的，因此静电场电场 强度的旋度为零，即
静电场与恒定电场
例： 求自由空间中无限长均匀带电直线外一点的电场强度。 l 分析：结构的轴对称性、选择圆柱坐标 系电场必然是沿径向的（P36 例2.3）
P37 例2-4 已知自由空间球座标系中的电场分布，求各区域 内的体电荷密度分布。
S2
E E0 ( r ) 2 er a
E E0 (a ) 2 er r
18
电磁场与电磁波
静电屏 蔽与法 拉第笼
网络视频： 魔术师大 卫·布莱恩 成功挑战 72小时百 万伏高压 电击
第 2章
静电场与恒定电场
电磁场与电磁波
静电场中的介质
第 2章
静电场与恒定电场
虽然介质中没有自由电荷，但电场中的介质会出现极化 现象；介质极化所形成束缚电荷会产生电场，从而引起介 质内总电场的改变。 极化的结果是介质内部出现许多排 列方向大致相同的电偶极子（等效的 束缚电荷）。这些电偶极子产生的二 次电场的方向总是与外电场方向相反， 即介质极化的结果总是使介质中的总 的电场强度会变小。 N Pei 单位体积内电偶 P lim i 1 极矩的矢量和 V 0 V
SE dS Eer eS1 dS1 Eer eS2 dS 2 Eer eS3 dS3
s1 s2 s3
0r a
E 0
ra
S1
S3
（对称性问题）
7
2rE
0
0
1 1 er e e r R R sin
q
a
d dl q d q(a b ) b dl
a
3
电磁场与电磁波
第 2章
静电场与恒定电场
电磁场与电磁波
求半径为a的均匀带电圆盘的外 轴线上任何一点处的电场强度
第 2章
静电场与恒定电场
上述分析过程也提供了如下两种电位差的计算方法： 1. 从b到a，电场力所作的功等于φb-φa； 2. 从b到a，外力所作的功等于φa-φb。 绝对电位(场量)：习惯上将无穷远处定义为电位的零参考 点，此时的电位被称为绝对电位。（绝对电位和电场强度 的关系不变！零参考点的选择不影响电场强度！）
1 1 r R r r r 1 3 2 eR R r r
第 2章
静电场与恒定电场
Pe er 4 0 r 2
l cos 2
( PdV ') eR d 4 0 R 2
0
静电场电场强度的环流为零
E dl
l
0
E 0
10
电磁场与电磁波
电场强度、电位与电位梯度 标量梯度的旋度恒为零
第 2章
静电场与恒定电场
电磁场与电磁波
标量电位的物理意义
第 2章
静电场与恒定电场
E
将电荷q从b点移动到a点，在此期 间外力克服电场力对电荷所作的功：
电场强度 E （Electric Field Intensity）
lim 试验电荷q受到的静电力F E q 0 电荷电量q
静止的单位试 验电荷所受到 的力被称为电 场强度！
q q F1 2 1 2 2 eR 4 0 R
0
R
q0的原因：不使试验电荷的形状影响场的分布。实验的 注意事项！
dS ' s s 4 R 0
ds '
s
E
q 1 2 er a E dr r a 4 0 4 0 R
电荷分布区域中某点的坐标 (r ' , ' ,0) ，场点区域坐标 (0,0, z )
q
ra
dr q e er 2 r R 4 0 ra
0
l ( ) l cos
R zez a cos ex a sin ey
5
E dV
V
V
dV 0
E dS
s
q
0
V
dV 0
面电荷？
6
电磁场与电磁波
第 2章
静电场与恒定电场
电磁场与电磁波
第 2章
q2
q1
真空中介电常数 (Dielectric Constant) (静电场满足矢量叠加原理！)
1
q 1 E ( R, q1 ) 1 2 eR 4 0 R R r r'
（电场强度与电荷呈现 线性关系）
2
P34 例题2.1
电磁场与电磁波
电场矢量的叠加原理 离散电荷 分布电荷
P70 习题2.2
第 2章
静电场与恒定电场
电磁场与电磁波
电场强度的通量和散度
第 2章
静电场与恒定电场
（真空中的情况）
已知圆环上的电荷密度分布情况，求轴线电场强度。
l dl dE eR 4 0 R 2
R a2 z 2
源点坐标 (1, , 0) 场点坐标 (0,0, z )
第 2章
静电场与恒定电场
电磁场与电磁波
第 2章
静电场与恒定电场
（电场强度与电荷呈现线性关系） 矢量叠加 矢量积分
N E
i 1
例：长度为2L的均匀带电的线电荷密度为 。 （教材 P34
例2.2）
eR
er
4 0 Ri
qi
e 2 Ri
dV ' E V ' 2 eR V ' 4 R 0 dS ' E S ' 2 eR S ' 4 R 0
作为电场强度矢量的 一种表示方式，电力线的切线 方向及密度分别代表了场矢量 的方向和大小。既然如此，表 示电位负梯度的电力线必然垂 直于等位线，即
导体内含有大量的自由电荷。 静电场条件下，导体中所有的 电荷已经处于一种稳定的静电平衡 状态，导体内部电场处处为零。 静电场中，导体内部的净电荷 处处为零，它们只能分布在导体的 表面（对感应分布电荷而言，导体 内部电场处处为零就是该电荷产生 的二次场和外电场叠加的结果！） 静电场中的导体是个等位体，导体表面是等位面，作 为电位负梯度的电场强度（电力线）垂直于导体表面。
电偶极子
第 2章
静电场与恒定电场
电磁场与电磁波
第 2章
静电场与恒定电场
l
等值异号、相距很近的两个点 电荷所组成的电荷系统。 电偶极矩： Pe ql
P cos Pe sin e E er e 2 0 r 3 4 0 r 3
等位线
随距离的三 次方衰减
1 q E 1 2 eR 4 0 R
E dS 4 R e
s 2 0 s
q1
R eR dS
4 0 R 0 散度（微 分）方程 （上述结论对任意闭合曲面S都成立） 要求场分布连续。 （叠加原理）
2
E
q1
4R 2
q1
dz ' dE eR 4 0 R 2
选择柱坐标
1
ez
V ' (r )
S ' (r )
lim q 体电荷密度 v' 0 v'
dz ' (er sin ez cos ) 4 0 R 2
r , sin z ' z R cos z r cot , rd dz ' sin 2 R
b b
和重力场一样，静电场也是位场。如果规定场中某 个点为该电位的参考零点，那么静电场中的每个点可以 用该标量（场量）作唯一的描述。
11
都应该转换为 了电荷所建立 b 的静电场所蕴 含的电量，即静电场能量的增加；既然（φa-φb ）代表了静电场 能量的增加，那么不难推测出：标量电位实际上代表的是 12 单位电荷在静电场中所具有的静电场的电能。
ql cos 4 0
16
4
电磁场与电磁波
第 2章 电力线
静电场与恒定电场
电磁场与电磁波
静电场中的导体
第 2章
静电场与恒定电场
0 E dl E Er er E e dl er dr e rd